ZERO-CURRENT AND ZERO-VOLTAGE SWITCHING PWM BOOST FULL-BRIDGE CON VERTER

This paper proposes a zer o current and zero voltage switching (ZCZVS) PWM Boost full bridge (FB) conve rter. With series inductors, the leading switches can realize zero current swit ching (ZCS) in a wide load range using the energy of the output capacitor. Ma king use of parasitic capacitors of the lagging switches and parallel auxiliary i nductance with the primary winding of the transformer, the lagging switches can realize zero voltage switching (ZVS) under any load. Compared with the ZCS PWM Boost FB converter, the new converter has no current duty cycle loss. Operat ional principle and parameter design are analyzed. Experimental results verify the effectiveness of the proposed converter.

Zero-sequence Circulating Current Reduction for Three-phase Three-level Modular Photovoltaic Grid-connected Systems

针对共享正、负母线和交流母线的三相三电平模块化光伏并网系统的零序环流问题,建立三电平模块化系统零序环流的等效模型,并根据激励源的不同将零序环流分成3类,提出一种共享正、负母线和中线的并联方案来抑制I类零序环流,及一种基于改进型LCL滤波器的并联方案来抑制II、III类零序环流的高频分量,和采用零序环流控制器来抑制II、III类零序环流的低频分量。最后,通过10 kW的三相三电平模块化光伏并网系统的仿真和实验,证明了零序环流模型分析和抑制方法的正确性。

Vacuum Dielectric Recovery Characteristics of a Novel Current Limiting Circuit Breaker Base on Artificial Current Zero

为了保证新型强迫换流型真空直流限流断路器关断短路电流的可靠性，对该型断路器分断过程的真空介质恢复特性进行研究。设计了与断路器关断过程等效的介质恢复试验方案，通过等效试验结果和理论推演公式的拟合，得到了新型强迫换流型限流断路器真空灭弧室触头打开过程的动态介质强度恢复规律。研究结果表明：减小燃弧能量、提高触头运动速度可提高真空灭弧室介质的临界击穿电压；综合考虑燃弧时间与燃弧能量及触头开距的关系，随着燃弧时间的增加，真空灭弧室临界击穿电压先减小后增大。所得介质恢复规律可以作为新型断路器优化设计的参考依据。

柔性低频输电系统的主变稳态负序差动保护

为了解决常规纵差保护难以适用于低频系统的问题,通过分析低频系统的序分量抑制策略,并根据低频系统故障进入稳态后单侧有负序注入的特征,提出一种基于稳态负序分量的主变差动保护方法。为防止该差动保护在区外故障时因电流互感器饱和出现误动,通过对比分析三类制动电流计算方式的制动性能,得到了差动保护的制动方程和制动系数。为解决励磁涌流、电流互感器断线可能导致误动的问题,提出了相电压突变量的差动保护开放条件。仿真分析表明,该方法能够灵敏反映区内金属性故障及轻微故障,在区外故障伴随电流互感器饱和时有可靠的制动裕度。

考虑铁心结构的三相变压器励磁涌流和角型绕组环流分析

基于三相组式、五柱式和三柱式铁心结构变压器的磁路特征和运行方程,首先,提出运用星形侧零序电流和电压来拟合角型绕组环流的数值方法,并进一步研究不同铁心结构变压器的角型绕组环流和励磁涌流的特点;然后,进行软件仿真和现场录波以验证该数值方法的有效性,可判断三相组式和五柱式变压器的各相绕组差流即为对应相的励磁涌流,而三柱式变压器某相的绕组差流并不是对应相的励磁电流;最后,进一步的理论分析与仿真验证表明,在3类铁心结构的变压器从星形侧空载合闸时,星形侧任意两相的线电流之差可以认为是这两相等效磁路的励磁涌流之差。研究结论可以为不同铁心结构三相变压器的励磁涌流识别提供依据。

基于主动零序电流注入的新型漏电流控制方法

非隔离型光伏并网系统因缺少隔离级,导致漏电流流入交流电网,引起并网电流畸变等问题。针对此问题,提出一种基于主动零序回路的非隔离型并网变换器拓扑,并提出了一种基于主动零序电流注入的新型漏电流控制方法,该方案可以低成本、高效率的实现漏电流抑制、共模电压稳定等功能。最后使用StarSim设备搭建实验平台,验证了所提拓扑结构和所提控制方法对漏电流抑制和共模电压稳定的有效性。

高压SF_(6)断路器电流零区测量研究综述

电流零区测量对标定评价断路器开断性能、改进断路器结构设计至关重要,设计一套高精度、便携、可靠、安全的零区测量系统一直是行业的追求,国内外研究者在测量方法和测量装置研制方面做了很多创新性工作。从高压断路器灭弧原理出发,梳理提出了零区测量的难点和关键点,综述了国内外研究者提出的测量方案及效果。综合考虑多维度产业需求,研制了一套便携性和动态特性好的零区测量系统,并在实际断路器产品试验中进行了验证。结果表明:该系统抗干扰性和重复性好,能够满足产品研发需求。结合零区测量系统研究及使用经验,提出了零区测量系统的未来展望,为后续交直流开关的研发提供参考。

基于谐振变换器的串联储能单元均压控制策略

储能系统中通常通过串联多个储能单体得到更高的电压,但由于每个储能单体电压的不一致性会降低储能单元的利用率。针对以上问题,提出一种基于谐振变换器的串联储能单元均压控制策略。该均衡电路通过开关阵列与谐振变换器相互配合,实现任意单体之间和任意多单体之间的能量传递,且这两种能量传递模式均实现了零电流开关,减少了电路损耗。为获得最优均衡速度和均衡效率,采用K-Means聚类复合控制策略,优先对分组单元进行均衡,然后再进行单体间的均衡。最后,在Matlab/Simulink平台上对6个串联储能单体进行均衡仿真实验,实验结果表明,在静置均衡实验下,电压在24 min左右达到均衡,且均衡精度达到5 mV,均衡效率达到98.98%。与传统均压方法相比,该方法具有更快的均衡速度和更高的均衡效率。

基于变频重构S/SP拓扑的无线电能传输系统恒流恒压研究

针对电动汽车无线充电系统耦合系数和负载变化导致系统输出电流和电压剧烈波动的问题,提出一种由交错叠放式线圈结构和变频重构控制策略组成的无线电能传输系统,通过重构补偿拓扑,并切换工作频率,实现了系统的恒流恒压输出。首先,分析了拓扑重构前后系统的恒流、恒压输出特性和零相角特性,对比恒流恒压工作模式下补偿电容的大小,给出了系统参数调整方法。其次,剖析了交错叠放式线圈结构模型,提出基于耦合系数波动最小原则的线圈结构优化策略。所提出的系统补偿元件较少,两个工作频率点符合国际标准。最后,搭建一套500 W的实验样机,验证系统的可行性和有效性。实验结果表明,交错叠放式线圈在X轴方向偏移发射线圈外径的55%(187mm)或Y轴方向偏移120mm时,耦合系数波动率小于5%。系统在恒流模式下电流波动率为3.58%,在恒压模式下电压波动率为4.83%,满足无线充电系统恒流恒压需求。

一种低电流纹波高增益软开关直流变换器

提出了一种应用于新能源发电系统的低电流纹波高增益软开关直流变换器。在传统交错Boost变换器基础上,该变换器通过引入耦合电感和二极管、电容升压单元提高电压增益,耦合电感在整个开关周期过程中都传递能量,提高了磁芯利用率。输入侧工作在交错模式,两相电感电流纹波可以相互抵消,从而获得较低的输入电流纹波。由于耦合电感自身漏感的存在,减轻了整流二极管反向恢复问题,同时采用有源钳位电路回收利用漏感能量,实现了所有开关管零电压软开关,抑制了开关管关断电压尖峰,提高了变换器转换效率。详细分析了变换器的工作原理、电路特性以及软开关实现方法。最后,搭建了一台200 W的试验样机验证了理论分析的正确性。

限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC变换器

频率控制的传统LLC谐振变换器往往受限于开关频率的有效调节范围,难以实现宽输出电压范围,为此,研究了一种限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC谐振变换器。采用双谐振腔且对应两变压器变比不同的不对称结构,能够根据原边开关组合的不同,使得双谐振腔分别工作在单半桥、双半桥和半桥+全桥3种不同的模式,从而获得3种不同的电压增益,并且保证每种模式之间归一化增益调节范围不超过1.5,可以在窄开关频率范围内实现宽输出电压范围。建立300 W的实验样机,验证了所提变换器可实现1~3倍的宽输出电压范围,并且实现了原边开关管的零电压开通和副边二极管的零电流关断,具有良好的软开关性能,验证了变换器的可行性。

基于低频暂态零序电流畸变率的灵活接地系统高阻接地保护

灵活接地系统中,基于稳态故障特征构成的单相接地保护普遍存在耐过渡电阻能力低的问题,并联小电阻投入后该问题进一步突出。文中研究了并联小电阻投入后故障线路与非故障线路低频暂态零序电流中暂态直流分量比值关系,发现暂态直流分量比值仅与对地电容有关。分析了故障线路与非故障线路低频暂态零序电流畸变率之间比值关系,进一步提出了一种基于低频暂态零序电流畸变率的灵活接地系统单相高阻接地故障选线方法。通过比较特定时间窗口内各馈线低频暂态零序电流畸变率的大小实现故障选线,并可准确区分母线故障与出线故障。该方法能够避免零序电压互感器断线与零序电流互感器极性反接的影响,且受故障距离影响小。同时,该方法采用暂态故障特征构成选线判据,有利于克服并联小电阻投入后稳态故障分量微弱的问题,对互感器精度要求不高。最后,通过实时数字仿真和实验平台分别验证了所述方法的准确性和有效性。

二次侧附加电容磁复位正激变换器电气性能分析及参数设计

由于二次侧附加电容磁复位正激变换器具有结构简单等优点,因此有着较好的应用前景,但目前尚未见附加电容对电气性能影响及其设计方法的研究报道。为此,该文通过深入分析附加电容C_(b)对变换器工作模式和能量传输过程的影响,指出变换器存在四种组合工作模式,且励磁电感断续导通模式(DCM)/正激电感连续导通模式(CCM)最佳。C_(b)不仅能将励磁能量传输到负载,还可调节开关管电压应力,在负载不太大时实现续流二极管零电流关断(ZCS)和开关管低电压导通。通过分析C_(b)对变换器电气性能的影响,指出开关管电压应力随C_(b)增大而降低,开关管低电压导通性能随C_(b)和正激电感的减小而提升,并提出了一种确保变换器工作于最佳模式且可最大程度提升电气性能的参数设计方法。实例和实验结果验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。

基于DAB的蓄电池最小电流应力控制策略研究

双有源桥(DAB)变换器是一种适用于蓄电池充电的双向DC/DC变换器。为减小蓄电池充电过程中的功率损耗并提高传输效率,提出了双重移相(DPS)最小电流应力控制策略,分析DAB变换器全部开关管的零电压开通(ZVS)的电感电流约束条件,求解得到ZVS区域内电流应力最小时的移相比组合,能够减小蓄电池的充电损耗,提高充电效率,并通过理论对比验证了优化效果。仿真与实验结果均表明,所提优化策略可以实现开关管ZVS以及最小电流应力,从而减小损耗,提高变换器的性能。

一种适用三电平并联系统的虚拟矢量调制策略

直流侧中点电位平衡和零序环流抑制是保证三电平逆变器并联系统正常运行的重要问题,然而基于冗余小矢量对调节的环流抑制方案进一步增加空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)中点电流无法对称消除的场景,加剧双机系统中点电位不平衡程度。该文基于虚拟矢量合成思路,提出一种满足零序环流抑制和中点电位平衡需求的双机虚拟矢量调制方法。该方法重新定义虚拟中矢量,通过缩短中矢量作用时间和增加参与合成的对称冗余小矢量以减少中点电流不平衡场景;分析不同扇区不同控制目标下虚拟矢量合成规则,利用相占空比法优化虚拟矢量的作用顺序,减少矢量合成过程中的开关次数。与传统SVPWM策略下中点电压变化量的对比分析表明,所提方法能够削弱环流抑制和中点电位平衡的耦合关系。最后,利用Starsim平台实验验证该策略的有效性。

半桥驱动的恒流恒压可重构的无线电能传输系统

锂电池在充电过程中充电电压变化范围大,其等效阻抗不断增加,会带来恒流过充以及恒压欠充问题,结合锂电池在快速充电过程中的动态特性,提出一种基于半桥驱动的恒流恒压可重构的S/LCC-LCC无线电能传输(WPT)系统。半桥驱动的WPT系统仅用一个切换开关进行拓扑重构即可实现系统输出特性的切换,具有所用元件少,重构拓扑简单等特性。首先,给出了基于S/LCC-LCC的拓扑重构原理;其次,分析了半桥驱动的重构拓扑的恒流恒压以及零相角特性;再次,给出了WPT系统的异常工况以及相应解决办法;最后,搭建了仿真和实验平台。验证性的WPT系统在恒流模式能输出恒定电流3.47 A,在恒压模式能输出恒定电压48.2 V。仿真与实验结果验证了所提方法的正确性。

基于LC谐振单元的多回路开关电容型均衡电路

传统的串并联开关电容型均衡电路在工作过程中会产生影响电路可靠性的冲击电流,为了改善该问题对电路性能的影响,同时提升电路的均衡速度,提出一种基于LC谐振单元的多回路开关电容型均衡电路。电路的LC谐振单元由均衡电容串联电感元件组成,所有开关器件均工作在零电流开关模式下,这将有效降低开关损耗,并有效抑制电路中的冲击电流,从而延长开关器件的使用寿命,提高电路的可靠性。所提出的均衡电路采用两个LC谐振单元作为储能元件组的组间均衡支路,可以同时实现储能元件单体与单体之间以及储能元件组与组之间的均衡,在保证均衡精度的同时,有效地提升电路均衡的速度。详细地分析了电路的特点与工作原理,通过搭建仿真平台,将所提出电路与现有的同类型均衡电路对比,验证了所提出均衡电路对均衡速度的提升作用。搭建了五个串联超级电容的实验平台,实验结果表明,所提出的电路可以提升55.85%的均衡速度,并且对冲击电流有显著的抑制作用。

具有混合控制策略的宽输出双全桥LLC谐振变换器

针对宽输出电压范围应用中传统频率控制的LLC型谐振变换器存在开关频率调节范围宽、循环电流大及难实现高效运行等问题,提出1种具有定频移相-定频PWM混合控制策略的双全桥LLC型谐振变换器,以适用于较宽输出电压范围。其由2个全桥LLC型谐振变换器共用1个桥臂组合而成,输出电压通过定频移相-定频PWM混合控制进行调节,使该谐振变换器实现4倍电压增益范围以获得较宽输出电压,同时解决传统频率控制中循环电流过大及在移相控制移相角小时的软开关不能实现问题,提升系统效率。该转换器开关频率工作在谐振频率点,电压增益与负载无关且有助于磁性元件设计,在全负载范围内实现软开关。最后给出详细的电路工作原理分析并通过仿真进行验证,搭建实验平台验证了所提变换器的可行性和有效性。

共母线开绕组永磁同步牵引电机级联模型预测电流控制

为抑制共母线开绕组永磁同步牵引电机传动系统转矩脉动和由共模电压以及三次谐波反电动势作用于零轴回路产生的零序电流,提出一种自抗扰级联模型预测电流控制方法。首先,在第1级采用第1个有效电压矢量使得q轴电流增加,第2个有效电压矢量使得q轴电流减小,这一新的筛选组合规则将2个有效矢量根据对q轴电流作用效果分组寻优和作用时间分配;其次,在第2级对第1级所选有效电压矢量的零轴分量局部寻优,在第3级对第1级和第2级优化后系统产生的零轴电流分量采用极性相反的零矢量进行矢量分类寻优抑制,并精确分配作用时间;然后,在第4级对前3级所选电压矢量进行开关状态局部寻优,确定最优电压矢量的低开关频率状态组合作用于逆变器。最后,引入自抗扰控制减少电机启动加速过程中的调速超调,并对所提策略和双矢量模型预测电流控制进行稳态和动态仿真对比。结果表明:所提策略对转矩脉动、零轴电流、总谐波畸变率、开关频率和调速超调都具有很好的抑制效果,避免了传统模型预测控制的多目标代价函数中权重系数整定,对系统的控制性能有明显的提升作用。研究结果为进一步对共母线开绕组永磁同步牵引电机传动系统弱磁控制进行究,以及将驱动控制系统应用于机车牵引提供参考。

基于XGBoost的配电网高阻接地故障检测方法

配电网高阻接地故障具有电气量微弱、与正常运行工况相似等特点,因此难以检测。针对传统指标阈值法常由经验整定,在复杂环境下适应性较差、灵敏性不足等问题,提出一种基于极端梯度提升(extremegradient boosting, XGBoost)的配电网高阻接地故障检测方法,以避免复杂的阈值整定。首先,通过建立10 kV中压配电系统高阻接地故障的等效模型,获取高阻接地故障和正常运行工况的零序电流数据。然后,在对数据进行归一化处理的基础上,利用XGBoost直接从原始量测信息中学习其与高阻接地故障的映射关系,构建高阻接地故障检测模型,以降低因特征提取产生的误差。最后,大量仿真结果表明,所提方法对高阻接地故障检测具有较好的灵敏性和速动性,并且在噪声和数据缺失等情况下表现出较强的泛化能力。